　固液分離後、合成したコアシェル型ナノ粒子を電子顕微鏡で確認したところ、コア部分は直径100nm程度の銅ナノ粒子、シェル部分は直径2～5nmの酸化銅ナノ粒子を確認できた。また、60～100℃で微酸化銅が金属銅に変わり、結晶構造が相転移した。相転移には、銅原子を拡散させ、低温でも材料と材料が結び付く「ネッキング」という接合をサポートする効果がある。

　実験では、150℃で1分程度の加熱でも2～5nmの酸化銅ナノ粒子が20nm前後に成長することが確認され、コアシェル構造が低温でコアの大きな銅粒子を結合させ、強い接合を形成可能なことが分かった。大きな銅粒子を混合すれば、ペーストの粘度を低下させ、高濃度の導電ペーストを作製可能だ。保護剤の使用量削減にもつながる。

　コアシェル型銅ナノ粒子導電ペーストを使って、200℃で1分間加圧焼結したところ、40MPaのせん断強度が得られた。焼結時間を15分にすると、せん断強度は100MPaに到達。この高濃度導電ペーストを200℃で60分間焼結をすれば、体積抵抗率10.7μΩcmの導電膜が得られた。鉛含有はんだは20μΩcm程度のため、半導体デバイスの配線材料としても有望だ。

温度200℃、接合圧力15MPaで焼結接合した場合に得られる焼結時間とせん断強度との関係［クリックで拡大］出所：北海道大学

　銅ナノ粒子を使った導電ペーストや接合材料は、低温、短時間、高強度で接合できるため、特に半導体分野における生産コスト低減や小型化、効率性向上への貢献が期待される。

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